一、設計式學習的理論基礎
設計式學習（design-based learning, DBL）是讓學生藉由設計作品以解決真實 生活問題的學習方法（Ellefson et al., 2008; Kolodner & Gray, 2002; Mehalik &
Schunn, 2006），結合了問題導向式學習（problem-based learning）與專題式學習
（project-based learning）（Gómez Puente, van Eijck, & Jochems, 2011; Mehalik &
Schunn, 2006），並藉由設計挑戰激發學生的思維，使其能整合先前所學的知識 以及新知識設計可能的解決方案（王佑鎂、李璐，2009）。由於傳統的教學往往 與日常生活脫節，導致學生無法對學習產生興趣，Doppelt 等人（2008）指出設 計式學習能讓學生應用所學知識於真實生活情境中，提升其學習動機，此外，其 他研究也指出設計式學習可以增進學生的學習成效與成就、提升學生學習動機使 其投入於學習活動，並應用所學知識解決問題（Barnett, 2005; Doppelt, 2009;
Ellefson et al., 2008; Elliott & Bruckman, 2002; Fortus et al., 2004; Hmelo et al., 2000）。追溯設計式學習的相關研究，設計式學習普遍被認為與 Dewey 的實用主 義（pragmatism）以及 Papert 的建造論（constructionism）有關。
Dewey（1966）強調「經驗」的重要，他提出「從經驗中學習（to learning from experience）」的論點，認為教育的重點在於學生能從經驗中學習與自身相關的事 情，而教育的價值不只是傳遞特定的知識或技能，更要讓學生有豐富的學習經驗。
經驗是由學生與其身處環境中的事物、情境、以及事件不斷互動所組成（楊坤原、
張賴妙理，2005）。在談論經驗學習時，Dewey 指出要「做中學（learning by doing）」， 他認為學習發生在實際的操作中，而設計式學習奠基於經驗學習，讓學生能從動 手實作的經驗中學習（吳百興、吳心楷，2010），且能運用過去的舊經驗於新的
設計情境中，並能對於經驗進行反思、以及能與同儕分享自己的經驗（Kolodner, Gray, et al., 2003）。
Papert 的建造論是基於 Piaget 的建構主義（constructivism）所提出的，它延 續了建構主義的「知識是學生主動建構」之論點，認為學生是知識的主動建構者，
並強調學生必須投入於建造某項事物，例如一座沙堡的堆造或一部機器的製作
（Fessakis, Tatsis, & Dimitracopoulou, 2008; Papert, 1990; Papert & Harel, 1991）。
建造論的核心理念為「製作中學習（learning-by-making）」，主張學生需主動地 從事創造外在的、或可以與他人分享的作品，而設計式學習奠基於建造論的觀點，
強調學生進行作品的設計（Fessakis et al., 2008），並能從設計式學習的過程中建 構知識。Han 與 Bhattacharya（2001）認為建造論可以落實在兩種學習方法中，一 為專題式學習，另一就是設計式學習，兩者皆受到建造論的引導而有許多共同的 特性，例如兩者皆以學生為中心，強調學生須為自己的學習負責，並讓學生執行 符合真實生活的任務，甚至也有學者認為設計式學習是專題式學習的一種
（Apedoe et al., 2008; Silk, Schunn, & Strand Cary, 2009）。
二、設計式學習的執行步驟
為了瞭解如何執行設計式學習，本研究針對設計式學習的執行步驟進行文獻 整理。如表 2-1 所示，本研究在 14 篇相關文獻中分類出五個設計式學習執行方式，
分別為：設計中學習（Learning by Design™）、設計式科學（Design-Based Science）、
創意設計程序（Creative Design Process）、故事線（the storyline）、以及系統設 計法（the systems design approach）。以下本研究針對這五個執行方式分別介紹。
表 2-1 設計式學習執行方式分類表
名稱 文獻數量 來源
設計中學習 5
Kolodner（2002a, 2002b）；Kolodner、Camp 等 人（2003）；Kolodner、Gray 等人（2003）；
Vattam 等人（2007）
設計式科學 3 Fortus 等人（2004）；Fortus 等人（2005）；Mamlok 等人（2001）
創意設計程序 3 Doppelt（2005, 2009）；Doppelt 等人（2008）
故事線 2 Apedoe 等人（2008）、Ellefson 等人（2008）
系統設計法 1 Mehalik 等人（2008）
合計 14
（一）設計中學習（Learning by Design™）
「設計中學習」是由美國喬治亞理工學院的研究團隊所建立，屬於專題式探 索法（project-based inquiry approach）的一種，它藉由動手實作的活動，讓學生從 中培養科學推理能力（scientific reasoning）（Kolodner, 2002b; Kolodner, Gray, et al., 2003）。如圖 2-1 所示，「設計中學習」的執行步驟由兩個學習循環所組成──
「設計／再設計循環（Design/Redesign cycle）」以及「調查與探索循環（Investigate
& Explore cycle）」。在「設計／再設計循環」中，學生依循其步驟進行合作設 計，步驟包含：瞭解設計挑戰（understand challenge）、規劃設計（plan design）、
以發表會（pin-up session）進行設計構想的發表與分享、建構作品與測試（construct
& test）、分析與解釋結果（analyze & explain）、以作品展（gallery walk）進行 作品的發表與分享。在設計的過程中，學生若遇到問題而有調查科學新知或探索 科學現象的需求時，則以「調查與探索循環」中的步驟進行資料蒐集，其步驟包 含：澄清問題（clarify question）、建立假設（make hypothesis）、規劃調查（design investigation）、進行調查（conduct investigation）、分析調查結果（analyze results）、
以海報展（poster session）進行調查結果的發表與分享。
圖 2-1 「設計中學習」學習循環（Kolodner, Gray, et al., 2003）
「設計中學習」的執行步驟是循環的，如圖 2-1 所示，在「設計／再設計循 環」中，當作品展步驟結束後，教師可提供進階的設計挑戰讓學生進行下一個設 計週期；而在「調查與探索循環」中，當海報展步驟結束後，若學生從調查結果 中發現新的問題，則進行下一個調查與探索的週期。此外，學習循環內的步驟一 般而言是依逆時針方向的順序執行，然而學生在設計的過程中，可以視需要回到 先前的步驟，例如，學生在「發表會」之後可回到「規劃設計」步驟以進行設計 構想的修正，或是學生在「建立假設」時發現新的問題時，可回到前步驟再次澄 清問題。
（二）設計式科學（Design-Based Science）
「設計式科學」是由美國密西根大學的研究團隊所建立，它藉由與生活相關 的設計任務，讓學生增進對科學的瞭解、以及培養真實生活的問題解決能力
（Fortus et al., 2004; Fortus et al., 2005）。如圖 2-2 所示，「設計式科學」讓學生 以四人為一組進行設計活動，其執行步驟由一個學習循環所組成，共包含五個步 驟，分別為辨認與定義情境（identify and define context）、研究背景知識
（background research）、發展個人和小組想法（develop personal and group ideas）、
建構作品（construct 2D and 3D artifacts）、回饋（feedback），其詳細內容如表 2-2 所示。一般而言，「設計式科學」學習循環內的步驟是依順時針方向的順序 進行，然而學生在設計的過程中，可以視需要回到先前的步驟，如圖 2-2 細箭頭
所示，例如，學生在「建構作品」步驟若遇到資料不足的情況，可以回到「研究 背景知識」步驟再次蒐集，或是學生在「回饋」步驟後，可以依教師和同儕的建 議回到「建構作品」步驟進行作品的修正。
圖 2-2 「設計式科學」學習循環（Fortus et al., 2004）
表 2-2 設計式科學執行步驟
步驟 內容
辨認與定義情境 讓學生辨認與定義設計的情境。例如讓學生觀看極地暴風雪和撒 哈拉沙塵暴的影片，以引導學生調查極端的天氣狀況。
研究背景知識
學生建構與問題相關的知識。可由教師呈現新的科學概念、閱讀 教材、蒐集相關資料、分組實驗後將各組結果分享於白板上再共 同分析、教師示範、或電腦模擬等方式進行。
發展個人和小組想法
學生先各自思考自己的設計方案後再與組員進行討論，接著小組 共同選擇較佳的方案或將幾項方案合併，最後寫下決策的理由。
為避免學生偏離學習主題，教師會於過程中給予建議。
建構作品
四人小組先分成兩個雙人小組，雙人小組各自建構一個作品，接 著再回歸四人小組，共同討論與比較以選出兩個作品中較佳的作 品，並提出理由和製作文件。
回饋
學生在製作作品的過程中，會經常進行測試與修改，且也會在多 次全班性的「發表會（pin-up session）」中展示，展示時設計者將 對全班報告並接受教師和同學的建議。
註：此表為研究者依據文獻自行整理。
（三）創意設計程序（Creative Design Process）
美國匹茲堡大學的 Doppelt（2005）為了讓學生能更容易掌握設計的過程並 能促進創意思考（creative thinking），將設計的過程程序化，建立了「創意設計 程序」。「創意設計程序」的構想源自 de Bono（1986）的 PISCO 思考架構以及 de Bono 提出的思考工具（thinking tool），其中，PISCO 為五個步驟的縮寫：P 為「目的（Purpose）」，指的是在思考初期應先釐清目的以及預期的產出；I 為
「資訊輸入（Input）」，指的是將可用的資訊、過去的經驗、或是其他要素帶入 思考當中；S 為「解決方案（Solution）」，指的是想出可能的解答、主意、或方 案；C 為「選擇（Choice）」，指的是根據前步驟選擇一個可行的方式；O 為「運 作（Operation）」，指的是思考如何將該方式付諸行動。「創意設計程序」保留 上述五個步驟並加入「評估（Evaluation）」作為第六個步驟，表 2-3 呈現「創意 設計程序」六步驟的詳細內容以及其運用到的 de Bono 思考工具，其中，P.M.I
（Plus, Minus, Interesting）思考工具是讓學生將想到的點子以其優點、缺點、有 趣點來分析，並以此激發更多點子；C.A.F（Consider All Factor）思考工具是讓學 生寫下所有與他們的設計有關的因素，例如：客戶的想法、市場的需求等；C&S
（Consequence and Sequel）思考工具是要求學生思考每個點子的可能結果，分別 以短期和長期來分析；O.P.V（Other People’s View）思考工具是讓學生詢問同儕 關於自己提出的點子之意見並要求學生記錄下來；F.I.P（First Important Priority）
思考工具是讓學生以表格來分析所有點子的優劣，使學生能從中選擇出較理想的 點子。
表 2-3 創意設計程序
步驟 內容 思考工具
設計目的
（Design Purpose）
定義問題與需求、訂定客戶族群與限 制、訂定設計目標
資訊探索
（Field of Inquiry）
定義問題的領域、分析現有的類似設 計、整理他們所探索的資訊
可能的解決方案
（Solution Alternatives）
產生想法 P.M.I
思考要素 C.A.F
思考可能的結果 C&S
聽取同儕意見 O.P.V
選擇方案
（Choosing the Preferred Solution） 選擇最佳方案 F.I.P
運作方案
（Operation Steps）
規劃方案的執行方式（例如：分工）、 進行設計
評估
（Evaluation） 評估整體過程以及設計成品 註：此表為研究者依據文獻自行整理。
（四）故事線（the storyline）
Apedoe 等人（2008）為引導學生進行設計式學習活動而建立了「故事線（the storyline）」，如圖 2-3 所示，透過「規劃設計（planning the design）」、「發展
Apedoe 等人（2008）為引導學生進行設計式學習活動而建立了「故事線（the storyline）」，如圖 2-3 所示，透過「規劃設計（planning the design）」、「發展